WPŁYW KĄTA USTAWIENIA MOTOWIBRATORÓWNA AMPLITUDĘ DRGAŃ POKŁADÓW SITOWYCHPRZESIEWACZA WIBRACYJNEGO DO NASION*

(1)

I

N Ż Y N I E R I A

R

O L N I C Z A

A

G R I C U L T U R A L

E

N G I N E E R I N G

2012: Z. 2(136) T. 1

S

. 287-297

ISSN 1429-7264

Polskie Towarzystwo Inżynierii Rolniczej

http://www.ptir.org

WPŁYW KĄTA USTAWIENIA MOTOWIBRATORÓW NA AMPLITUDĘ DRGAŃ POKŁADÓW SITOWYCH

PRZESIEWACZA WIBRACYJNEGO DO NASION

^*

Wojciech Poćwiardowski, Joanna Kaniewska

Katedra Technologii i Aparatury Przemysłu Chemicznego i Spożywczego Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy

Streszczenie. Niniejsza praca dotyczy przesiewacza wibracyjnego do nasion. Autorzy opra- cowania zajmują się przesiewaczami napędzanymi dwoma symetrycznymi, zsynchronizowa- nymi motowibratorami rotacyjnymi. Napęd ten jest stosunkowo prosty i pozwala na osiągnię- cie dobrych właściwości procesowych maszyny przesiewającej. Badania tego przesiewacza są wykonywane z użyciem Systemu PULSE firmy Brüel&Kjær. Celem pracy było zbadanie amplitudy drgań poszczególnych pokładów sitowych, przy różnych ustawieniach motowi- bratorów bocznych w stosunku do osi pionowej przesiewacza wibracyjnego do nasion. Bada- nia amplitudy drgań na poszczególnych pokładach sitowych dały pogląd o ruchu sit przesie- wacza.

Słowa kluczowe: przesiewanie, przesiewacze wibracyjne do nasion

Wstęp

W przemyśle nasiennym problemem jest precyzyjna separacja nasion tej samej wielko- ści na lekkie i ciężkie, gdyż nasiona ciężkie wykazują zasadniczo lepsze parametry jako- ściowe [Grochowicz 1994]. Panuje częściowo słuszne przekonanie, że rośliny większe wydają dorodniejsze nasiona. W przypadku roślin baldaszkowatych, wielkość nasion zale- ży od gęstości roślin w rzędzie i rozstawu rzędów roślin w polu oraz pory zbierania nasion.

Zanieczyszczenie zbioru nasionami niedojrzałymi i słabo kiełkującymi (nasiona najdrob- niejsze) pogarsza jakość całej partii nasion. Wielkość pozyskiwanych w uprawie roślin kapustnych zależy zwykle od wielkości wysiewanych nasion. Ponadto nasiona jednorodne

*

Niniejsza praca jest fragmentem badań w ramach grantu rozwojowego finansowanego przez

MNiSW zgłoszonego w ramach X konkursu projektów rozwojowych pt.: Dostosowanie przesiewa-

cza wibracyjnego wg P-191474 do kalibracji nasion (nr rejestracyjny N R12 0005 10).

(2)

dają zbiór wyrównany pod względem wielkości. Dotyczy to szczególnie rzodkiewki, kapu- sty, kalafiora i brokuła.

Podział nasion na frakcje upraszcza procesy technologiczne przygotowania nasion do siewu tak jak suszenie fluidalne, powlekanie i otoczkowanie nasion [Pabis i in. 1984].

Negatywnym efektem kalibracji może być rozproszenie w partii nasion zakażeń mikro- biologicznych oraz zwiększenie ceny nasion o koszt kalibracji i eliminację części nasion uznanych za nieodpowiadające wymaganiom jakościowym [Domoradzki i in. 2002; Po- ćwiardowski i in. 2010; Woyke i in. 1990].

W przemyśle nasiennym brak jest wydajnych maszyn kalibrujących, w których możli- we byłoby prowadzenie precyzyjnej klasyfikacji nasion na poszczególne frakcje jako pro- ces przedsiewnej obróbki nasion. Urządzenia takie powinny charakteryzować się dokład- nym rozdziałem, który rośnie wraz z drogą nasion na sicie. Stąd wymagane jest opracowanie takiej konstrukcji, która zrealizuje ten postulat w stosunkowo małym urzą- dzeniu. Drugim wymogiem jest brak podrzutu na sicie. Wynika to z budowy ziaren po- dłużnych, które powinno się rozdzielać według największego wymiaru. Proponowane rozwiązanie przesiewacza wibracyjnego z obiegiem kołowym nasion na sicie umożliwia zainstalowanie do 7 sit jednorazowo. Urządzenie pozwala na minimalizację wymiarów przesiewacza z zachowaniem długiej drogi nasion na sicie. Charakterystyczny napęd dwo- ma motowibratorami bocznymi umożliwia regulację parametrów amplitudy drgań sit prze- siewacza (zmiana kąta ustawienia motowibratorów bocznych). Poznanie charakterystyki amplitudy drgań tego przesiewacza było celem niniejszej pracy.

Cel i zakres pracy

Niniejsza praca sprowadza się do badania amplitudy drgań poszczególnych pokładów sitowych, przy różnych ustawieniach kąta motowibratorów bocznych w stosunku do osi pionowej przesiewacza wibracyjnego do nasion. Badania mają na celu ustalenie odpowied- niego kąta ustawienia tych motowibratorów bocznych, wymaganego w przemyśle nasien- nym do przedsiewnej obróbki nasion, który spowoduje wyeliminowanie zbyt dużego pod- rzutu.

Budowa przesiewacza wibracyjnego do nasion

Kolumnę montuje się z sześciu segmentów, między którymi są umieszczane sita i urządzenia do ich czyszczenia. Z powierzchni sita wysypy odprowadzają materiał do króćców przesypowych i dalej do odbieralników frakcji. Na podstawie spoczywa pierwszy segment dolny z lejem stożkowym. Kolumnę zakrywa płaska pokrywa dozownikiem na- sion. Schemat przesiewacza przedstawiono na rys. 1 [Poćwiardowski i in. 2011].

Model kinematyczny przesiewacza wibracyjnego pokazano w formie walca o masie M i momentach bezwładności Ix, Iy i Iz – względem osi układu współrzędnych Oxyz (układ kartezjański jest umieszczony tak, iż środek ciężkości bryły drgającej przesiewacza pokrywa się z środkiem O układu odniesienia) [Blechamn 1971]. Ruch rzeszota przesiewa- cza rotacyjnego, składa się z dwóch drgań:

– drgań skrętnych wokół osi Oz,

– drgań pionowych w osi Oz (rys. 2.).

(3)

Źródło: Poćwiardowski i in. 2011

Rys. 1. Schemat modelu przesiewacza rotacyjnego (1 – podstawa przesiewacza, 2 – podstawa kolumny sitowej, 3 – motowibratory boczne, 4 – rzeszota kolumny sitowej, 5 – pokrywa, 6 – zawieszenie sprężynowe)

Fig. 1. Schematic representation of a rotary screening machine (1 – base of a screening machine, 2 – base of a perforated –plate column, 3 – side motovibrators, 4 – riddles of a perforated -plate column, 5 – cover, 6 – spring suspension)

Do napędu maszyny zastosowano dwa motowibratory rotacyjne, które są elektrycznymi silnikami z masami niewyważonymi (rys. 3). Pracują one w warunkach samosynchronizacji dynamicznej i są urządzeniami doczepnymi. Na wale, symetrycznie po obu stronach silni- ka, znajdują się po dwie masy, które umożliwiają regulację ich wzajemnego położenia i masy.

Rys. 2. Schemat kinematyczny przesiewacza doświadczalnego

Fig. 2. Kinematic scheme of an experimental screen

Źródło: Blechman 1971

(4)

Rys. 4. Warstwa ziarnista na przesiewaczu wibracyj- nym (Q – nadawa, H

_p

– wysokość początkowa warstwy ziarnistej, H

k

– wysokość końcowa war- stwy ziarnistej, K

D

– kla- sa dolna, K

G

– klasa gór- na)

Fig. 4. A seed layer on the os- cillating screen (Q- feed, H

p

– initial height of a seed layer, H

k

– final height of a seed layer, K

D

– bottom class, K

G

– top class)

Źródło: fotografia własna

Rys. 3. Motowibratory elektryczne rotacyjne, sposób regulacji sił

Fig. 3. Electric rotary motovibrators, method of power regulation

Na rysunku 4 przedstawiono przekrój przez warstwę ziarnistą na długości połowy sita (promienia sita), przesianą na kołowym sicie zataczającym. Nadawa o nadłożeniu Q dopływa do sita centralnie od góry i porusza się wzdłuż sita ruchem spiralnym, w kierunku promieniowym, tzn. od środka do obrzeża sita. Jeżeli założymy, że w nadawie są ziarna duże (staczająca się klasa górna) i małe (klasa dolna), to z sita spada cała klasa górna i część klasy dolnej, która pozostała w produkcie nadsitowym, co stanowi o spraw- ności przesiewania [Poćwiardowski i in. 2011].

Źródło: Wodziński 1997

(5)

Metodyka pomiarowa

Amplitudę drgań pokładów sitowych przesiewacza wibracyjnego do nasion badano za pomocą Systemu PULSE firmy Brüel&Kjær (rys. 5.) przy różnych kątach ustawienia motowibratorów względem osi pioniowej urządzenia do klasyfikacji Jest to system zawierający czujnik (akcelerometr) mierzący amplitudę drgań w trzech płaszczyznach osi XYZ. Czujnik i schemat jego mocowania przedstawiono na rysunku 6. Ustalono również prędkość obrotową motowibratorów na wartość 1500 obr·min

^-1

.

Do badań wybrano kąty: 20,30,45,50°. Kąt 20° do badań z ruchem rotacyjnym bez drgań pionowych i kąty 30, 45, 50° do badań z ruchem rotacyjnym z drganiami pionowymi (30° – dla niskiej amplitudy drgań, 45° – dla średniej amplitudy drgań i 50° – dla wysokiej amplitudy drgań). Akcelerometr mocowano na każdym z sześciu pokładów sitowych i mierzono amplitudę drgań w trzech płaszczyznach osi X, Y i Z (rys. 7).

Rys. 5. System PULSE firmy Brüel&Kjær – stanowisko badawcze (po lewej na dole – akcelero-

metr i u góry – czujnik pomiaru prędkości obrotowej, po prawej kaseta pomiarowa) Fig. 5. PULSE System by Brüel&Kjær – a research stand (on the bottom left side – an acceler-

ometer and at the top – a sensor for measuring rotational speed, at the right – a measuring

casette)

(6)

Rys. 6. Schemat mocowania akcelerometru firmy Brüel&Kjær do pomiaru amplitudy drgań Fig. 6. Schematic representation of the accelerometer by Brüel&Kjær for measuring the ampli-

tude of vibrations

Źródło: rysunek własny

Rys. 7. Oznaczenia osi X, Y i Z

Fig. 7. Symbols of axis X, Y and Z

Wyniki badań

W celu lepszego poznania ruchu materiału na sicie przeprowadzono analizę amplitudy w kierunku osi X, Y oraz Z na wszystkich pokładach sitowych przesiewacza rotacyjnego.

Akcelerometr mierzył wychylenia w kierunku osi jak na rysunku 7. Badano zachowanie się

pokładów sitowych przy 4 ustawieniach motowibratorów – o kątach nachylenia 20, 30, 45

i 50º. Niżej przedstawiono wyniki tych badań.

(7)

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

1 2 3 4 5 6

Kolejny nr pokładu sitowego

Amplituda[mm]a

20 30 45 50

Źródło: obliczenia własne

Rys. 8. Amplitudy drgań w kierunku osi X sit w przesiewaczu przy różnych kątach nachylenia

monowibratorów

Fig. 8. Amplitudes of vibrations in the direction of the X axis of sieves in a screen at different angle of deviation of motovibrators

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

1 2 3 4 5 6

Kolejny nr pokładu sitowego

Amplituda[mm]

20 30 45 50

Rys. 9. Amplitudy drgań w kierunku osi Y sit w przesiewaczu przy różnych kątach nachylenia

motowibratorów

Fig. 9. Amplitudes of vibrations in the direction of the Y axis of sieves in a screen at different

angle of deviation of motovibrators

(8)

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

1 2 3 4 5 6

Kolejny nr pokładu sitowego

Amplituda[mm]

20 30 45 50

Rys. 10. Amplitudy drgań w kierunku osi Z sit w przesiewaczu przy różnych kątach nachylenia

monowibratorów

Fig. 10. Amplitudes of vibrations in the direction of the Z axis of sieves in a screen at different angle of deviation of motovibrators

Poniżej przedstawiono wyniki amplitudy drgań w trzech płaszczyznach osi X, Y, Z poszczególnych pokładów sitowych przy różnych ustawieniach kąta pochylenia motowibra- torów.

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

1 2 3 4 5 6

Kolejny nr pokładu sitowego

Amplitudadrgań[mm]

20 X 20 Y 20 Z

Rys. 11. Amplitudy drgań poszczególnych pokładów sitowych przesiewacza z motowibratorami

ustawionymi pod kątem 20º

Fig. 11. Amplitudes of vibrations of particular open grid plates of a screen with motovibratos set

at the angle of 20º

(9)

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

1 2 3 4 5 6

Kolejny nr pokładu sitowego

Amplitudadrgań[mm]

30 X 30 Y 30 Z

Rys. 12. Amplitudy drgań poszczególnych pokładów sitowych przesiewacza z motowibratorami

ustawionymi pod kątem 30º

Fig. 12. Amplitudes of vibrations of particular open grid plates of a screen with motovibratos set at the angle of 30º

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

1 2 3 4 5 6

Kolejny nr pokładu sitowego

Amplitudadrgańfds[mm]

45 X 45 Y 45 Z

Rys. 13. Amplitudy drgań poszczególnych pokładów sitowych przesiewacza z motowibratorami

ustawionymi pod kątem 45º

Fig. 13. Amplitudes of vibrations of particular open grid plates of a screen with motovibratos set

at the angle of 45º

(10)

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

1 2 3 4 5 6

Kolejny nr pokładu sitowego

Amplitudadrgań[mm]

50 X 50 Y 50 Z

Rys. 14. Amplitudy drgań poszczególnych pokładów sitowych przesiewacza z motowibratorami

ustawionymi pod kątem 50º

Fig. 14. Amplitudes of vibrations of particular open grid plates of a screen with motovibratos set at the angle of 50º

Wnioski

Wraz ze wzrostem kąta nachylenia motowibratorów rośnie amplituda drgań pionowych (oś Z). Gdy motowibratory są nachylone pod kątem 20º względem pionu drgania w kierunku osi Z wynoszą średnio 0,278 mm i są one 4-krotnie mniejsze niż drgania po- ziome w kierunku osi X (rys. 11). Podczas pracy przesiewacza przy kącie nachylenia mo- towibratorów 45 i 50º amplituda drgań pionowych jest równa średnim amplitudom drgań poziomych na osi X i Y (rys. 11. i 12.).

W nasiennictwie wymagany jest rozdział nasion wedle największego rozmiaru, stąd amplitudy drgań pionowych i poziomych powinny mieć wartości zbliżone (wyeliminowa- nie zbyt dużego podrzutu). Na podstawie przeprowadzonych badań wynika, że najbardziej odpowiednim kątem ustawienia motowibratorów bocznych jest kąt 45° i 50º, co wykazały również badania procesowe przedstawione w pracy naukowej Poćwiardowskiego i współpracowników [2012].

Bibliografia

Banaszewski T. (1990): Przesiewacze. Wydawnictwo Śląsk, Katowice, ISBN 83-216-0848-5.

Blechman I.I. (1971): Synchronization of Dynamical Systems, Nauka (in Russian), Moscow, 852.

Domoradzki M., Korpal W., Weiner W. (2002): Badania kalibracji nasion warzyw. Inżynieria Rolnicza, 9 (42), 75-82.

Grochowicz J. (1994): Maszyny do czyszczenia i sortowania nasion. WAR, Lublin, ISBN

83-901612-9-X.

(11)

Pabis S., Pabis J. (1984): Technologia suszenia i czyszczenia nasion. PWRiL, Warszawa, ISBN 8309008031.

Poćwiardowski W., Korpal W. (2010): Analiza przesiewania nasion marchwi przez sita przesiewa- cza wibracyjnego, Inżynieria Rolnicza, 4(122), 179-187.

Poćwiardowski W., Wodziński P (2011): Przesiewanie surowców mineralnych na przesiewaczu zataczającym. Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej, 132, 225-236, ISSN 0370-0798.

Poćwiardowski W., Wodziński P. (2011): Przesiewanie materiałów biologicznych w przesiewa- czach rotacyjnych, Rocznik Ochrony Środowiska, 13, 1115-1131.

Poćwiardowski W, Wodziński P., Kaniewska J. (2012) : Przesiewanie kruszywa wapiennego na przesiewaczu zataczającym – śrubowym, Górnictwo i geologia XVII – Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej, 134.

Wodziński P. (1997): Przesiewanie i przesiewacze. Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź, ISBN 83-87198-06-4.

Woyke H., Sokołowska A., Szafirowska A. (1990): Zależność między zdolnością kiełkowania a wschodami warzyw w polu, Biuletyn Warzywniczy XXXV, 5-19, ISSN 0509-6839.

INFLUENCE OF A MOTOVIBRATORS SETTING ANGLE ON THE AMPLITUDE OF VIBRATIONS OF

OPEN GRID PLATES OF A SEED GRADER

Abstract. The work herein concerns a seed grader. The authors of the study are occupied with seed graders which are powered by two symmetric, synchronised rotational motovibrators. This drive is quite simple and allows for obtaining good process properties of the screen. Research on this screen are carried out with the use of PULSE System by Brüel&Kjær. The purpose of the work was to ex- amine the amplitude of vibrations of particular open grid plates at different settings of side motovi- brators compared to a vertical axis of a seed grader. Research on the amplitude of vibrations on par- ticular open grid plates gave some information on the movement of sieves of the seed grader.

Key words: screening, seed graders

Adres do korespondencji:

Wojciech Poćwiardowski, e-mail: wojciech.pocwiardowski@utp.edu.pl Katedra Technologii i Aparatury Przemysłu Chemicznego i Spożywczego Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy